CAN总线有握手机制‌吗？有的呢！应答确认和错误重发

发表于 2025-3-8 15:41

本帖最后由 wahe2008 于 2025-3-26 19:53 编辑

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一、先说说CAN总线的特点及相关概念。

1. ‌差分信号传输‌‌
CAN总线使用两根信号线（CAN_H和CAN_L）进行数据传输，通过这两根线上的电压差来表示逻辑0和逻辑1。在隐性状态时，两根线的电压差为0V；在显性状态时，电压差至少为2V。这种差分信号传输方式具有抗干扰能力强、时序定位精确的优点。

2. ‌报文广播与优先级仲裁‌
CAN总线采用广播通信方式，所有节点都可以发送和接收数据。当一个节点发送数据时，它会将数据和标识符（ID）一起发送到总线上。标识符不仅用于标识消息类型，还用于确定消息的优先级。如果多个节点同时发送数据，CAN总线会通过标识符的逐位仲裁机制解决冲突，优先级高的节点继续发送，优先级低的节点停止发送并转为接收状态。

3. ‌帧结构与数据传输‌
CAN总线通过帧（Frame）进行数据传输，帧分为四种类型：

‌数据帧‌：用于发送数据。
‌远程帧‌：用于请求数据。
‌错误帧‌：用于通知总线错误。
‌过载帧‌：用于在数据帧之间提供延时。
数据帧由多个字段组成，包括帧起始、仲裁段、控制段、数据段、CRC段等，确保数据的完整性和可靠性。
4. ‌多主控制与错误处理‌
CAN总线支持多主控制，所有节点在总线空闲时都可以发送数据。此外，CAN总线具有强大的错误检测和处理能力，包括错误检测、错误通知和错误恢复功能，确保系统的高可靠性。

5. ‌物理层与网络扩展‌
CAN总线的物理层通常使用非屏蔽双绞线（UTP），最大传输速率为1Mbps，最大网络扩展距离为40米。在总线两端通常会连接120欧姆的终端电阻，以减少信号反射和提高信号质量。

通过以上机制，CAN总线实现了高效、可靠的数据传输，广泛应用于汽车、工业自动化等领域。

二、CAN 控制器的工作模式

CAN 控制器有 3 种工作模式：

 睡眠模式
系统复位之后， CAN 控制器处于睡眠模式，该模式下 CAN 的时钟停止，因此可以节省电能，但软件仍然
可以访问邮箱寄存器，同时 TX 管脚的内部上拉电阻被禁用。

 冻结模式
软件对 CAN 控制器的初始化，只能在冻结模式下进行。对 CAN 控制器的 14 组过滤器组（包括模式、位宽、
FIFO 关联、激活和过滤器值）进行初始化可以在非冻结模式下进行。当 CAN 处于冻结模式时，禁止报
文的接收和发送。

 通讯模式
在冻结工作模式配置完成后，控制 CAN 进入通讯工作模式，开始报文收发过程。

三、CAN总线协议本身‌存在握手机制‌，主要通过以下机制确保通信的可靠性：

1. ‌应答确认（ACK）机制‌‌
‌工作原理‌：发送节点在数据帧末尾添加一个‌ACK时隙‌，接收节点若成功接收数据，则在该时隙内发送‌显性电平‌（逻辑0）作为应答；若未收到应答，发送节点会触发错误处理机制并重传数据。
‌作用‌：通过物理层的即时反馈，确保单帧数据的有效传输‌。

2. ‌错误检测与重发机制‌‌
‌错误类型‌：包括位错误、CRC校验错误、格式错误等。
‌处理流程‌：检测到错误后，节点立即发送‌错误帧‌中止当前通信，并自动重传数据，直至达到最大重试次数或成功发送‌3。
‌优先级保障‌：错误帧具有最高优先级，可快速终止错误数据的传播‌。

3. ‌非破坏性仲裁机制‌‌
‌冲突解决‌：当多个节点同时发送数据时，通过帧ID的逐位仲裁（显性电平优先）决定发送顺序，避免总线冲突。
‌隐性握手‌：仲裁过程本质是节点间通过电平竞争达成一致的“握手”，确保高优先级数据优先传输‌。

4. ‌CAN高层协议的扩展握手（如CANopen SDO）‌‌
‌应用层握手‌：在CANopen协议中，服务数据对象（SDO）通过‌分段传输+ACK确认‌实现多帧数据的可靠传输。
‌示例‌：发送端分段传输数据后，接收端逐段确认，若某段未收到ACK则重传‌。

CAN总线的基本机制，尤其是ACK的部分。ACK在CAN协议中是一个重要的应答机制。发送节点在发送完数据帧后，会在ACK槽监听是否有接收节点应答。

ACK字段由两位组成，ACK槽和ACK界定符。发送节点在发送数据时，会在ACK槽放置隐性位（1），而接收节点如果正确接收到数据，就会将ACK槽拉成显性位（0）。这时候，发送节点通过检测ACK槽的电平变化来判断是否有节点正确接收。这个过程涉及到总线的线与机制，因为多个接收节点可以同时拉低电平，只要有一个节点正确接收，ACK槽就会显性，发送节点就知道数据被成功接收了‌。

另外，错误处理方面，如果发送节点在ACK槽检测到隐性位，说明没有接收节点应答，这时候会触发ACK错误，发送节点会启动重传机制。同时，ACK的检测是发送节点的责任，接收节点则通过改变ACK槽的电平来应答，而不是发送完整的帧，这有助于提高效率‌。

ACK的结构位置位于数据帧的末尾，CRC之后，发送节点在发送完数据后进入监听状态，检查ACK槽的状态。同时，不同的版本比如CAN FD可能有不同的机制，在标准CAN上，可以简要说明标准帧的结构，但不需要深入FD部分。

还要注意，错误检测中的ACK错误属于发送节点需要检测的类型，而接收节点可能检测其他类型的错误如CRC错误等‌。

总结来说，识别ACK的关键点在于发送节点在特定位置监听电平变化，利用总线的线与特性，通过显性位判断应答，并结合错误处理机制确保可靠性。

四、CAN总线通过以下机制识别ACK应答：

1.ACK字段的结构与位置
‌

ACK字段位于CAN数据帧的末尾，紧接在CRC校验字段之后，由ACK槽（1位）和ACK界定符（1位）组成‌。

‌发送端行为‌
发送节点在ACK槽和ACK界定符处默认发送隐性位（逻辑1）‌。

2.ACK识别机制
‌接收节点应答‌
接收节点若成功接收数据，会在ACK槽将总线电平拉为显性位（逻辑0）。由于CAN总线“线与”特性，只要有一个接收节点应答，总线电平即显性‌。

‌发送节点检测‌
发送节点在发送完数据帧后进入监听状态，通过检测ACK槽电平判断是否被应答：

若ACK槽为显性位：表示至少一个节点成功接收‌。
若ACK槽保持隐性位：触发ACK错误（未应答错误），发送节点启动重传流程。

3.错误处理与ACK的关系
‌ACK错误判定‌
发送节点若未检测到显性ACK槽，则记录ACK错误并累计发送错误计数器（TEC），当TEC超限时节点进入“被动错误”状态。

‌多节点协同机制‌
CAN总线的多主架构允许任意节点作为发送方，ACK机制确保所有节点均可参与应答，但仅需一个显性位即可完成全局确认‌。

4.实际应用场景
‌故障排查‌
通过分析错误帧中的ACK段（如显性位缺失或异常波形），可定位通信故障节点‌。例如，周期性干扰可能导致ACK槽电平异常‌。

‌协议兼容性‌
CAN 2.0（标准帧和扩展帧）与CAN FD均沿用ACK机制，但高速CAN（<1Mbps）和低速CAN（<125kbps）在时序细节上存在差异‌。

综上，CAN总线通过硬件层的电平检测与协议层的错误计数器协同工作，实现高效可靠的ACK识别与错误处理‌。

@21小跑堂

发表于 2025-3-11 22:18

原来发送节点是通过监听ACK槽的电平变化来判断数据是否被成功接收的

发表于 2025-3-26 19:41

绝影孤狼发表于 2025-3-11 22:18
原来发送节点是通过监听ACK槽的电平变化来判断数据是否被成功接收的

发送失败有重发机制，但是不会一直重复发送，如果一直发很浪费资源的。

发表于 2025-4-1 17:34

CAN2w_InitStructure.CAN_NART=DISABLE;///!!! /
//NART(No automatic retransmission)报文自动重传功能
//=ENABLE;禁止报文自动重传,=DISABLE,发送失败，会自动重传，直到成功 !!!!!!!!!
//DISABLE代表的是使用自动重传的功能，ENABLE是代表不使用自动重传的功能
//发现在不使用自动重传的功能时，如果由于总线竞争导致发送失败，数据就丢掉了。
//所以在不是一应一答的环境中使用CAN的时候，建议开启自动重传功能。
CAN节点在发送数据时会同时侦听总线的信息，如侦听总线的信息头包与发送数据一样，就继续发送数据，
否则就等待下次再发；

下图为1个大型电厂的温度采集系统，分2路CANWeb总线，每路带62个8路热电偶CNW_IO模块，共992个温度采集点,项目使用4片GD32F427VE、124片GD32F305RC芯片，采集系统CAN总线冗余，基本不丢包；

CAN总线价格便宜，抗干扰、实时性好，但开发编程复杂，需对CAN包拆包、并包，对Id的过滤进行设置，并需对通信总线的负载、丢包(通信质量)进行监视管理，以及考虑怎样快速与用户的控制器（DCS、PLC、计算机等）交换数据及方便监控调试总线节点的参数，能封装这些功能的的CAN总线的高层协议是现场总线，如CANWeb、CANOpen、DeviceNet、J1939、ISO11783、CANKingdom、SDS、iCAN等CAN高层协议。

详细见：
https://bbs.21ic.com/icview-3335470-1-1.html

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